CC BY
7
УДК 6М.718-078
Г. П. Калина
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО-ПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Московски» НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Способность микробов, считающихся непатогенными, вызывать заболевания людей и животных приобрела в последние годы широкие размеры. Такие микроорганизмы, объединяемые под различными наименованиями — «потенциально-патогенные» (Deibel; Baird-Parker; Brown и Seildler), «оппортунистические» (Bonde; MacNicole и соавт.), «случайные» («accidental»; Doudoroff и Palleroni), а в отечественной литературе называемые условно-патогенными, составляют группу, непрерывно пополняемую новыми видами. Первые представители этой группы были описаны еще в начале XX века — Е. coli при белом поносе телят и при уретритах; энтерококки при сепсисе, эндокардите, поражениях мочевыводящих путей; клостридии при раневых инфекциях; протеи при детских диареях; клебсиеллы при заболеваниях верхних дыхательных путей и легких. В последние годы внимание исследователей привлекает непрерывное пополнение этого списка новыми, часто ранее неизвестными видами. Установлена потенциальная патогенность при поражениях кишечника В. cereus, Cl. perfringens, V. parahae-molyticus, Citrobacter, Providencia, Aeromonas, последних — также при некротических поражениях мышц, сепсисах, раневых инфекциях. Открыты новые потенциально-патогенные микро-огранизмы (ППМ) — Yersinia, Edwardsiella, Acinetobacter. Настала пора теоретически осмыслить сущность этого явления. Прежнее представление о том, что условно-патогенный микроб— сапрофит, лишь случайно проявляющий патогенность, удовлетворить нас уже не может, а сам термин «условно-патогенный» не отражает сущности явления. Проблема должна решаться на уровне эволюционного учения и на основе экологических связей.
Вопросы эволюции патогенных микроорганизмов и возникновения инфекционных заболеваний привлекали внимание многих ученых (Е. Н. Павловский, И. И. Елкин; Л. В. Грома-
шевский; Burnet). Глубокий анализ проблемы дан в монографиях В. М. Жданова (1953, 1964). Однако во всех этих трудах речь шла преимущественно о возникновении инфекционных заболеваний, вызываемых «завершенными» паразитами, а ППМ и вызываемым ими патологическим процессам внимания уделялось недостаточно. И хотя промежуточные этапы становления паразитов на примере семейства эн-теробактерий обсуждались В. М. Ждановым, вопрос нуждается в дополнительном глубоком анализе.
В нашу задачу не входит детальное рассмотрение понятия патогенности, паразитизма, детально освещенного в монографиях В. М. Жданова. Отметим лишь, что предполагаемый путь эволюции паразита лежит через адаптацию к использованию в качестве источника питания белковых комплексов, первоначально отмерших, а затем живых высших организмов. Начальным этапом такого приспособления является комменсализм, взаимовыгодное сосуществование «гостя» и «хозяина», затем симбионта с односторонним преимуществом «гостя». Ведущую роль в этих взаимоотношениях играют катабо-лические процессы, осуществляемые за счет многочисленных ферментных систем. На определенном этапе комменсалы продуцируют ферментные комплексы, обусловливающие распад белков и аминокислот с образованием продуктов распада, токсичных для организма-хозяина. В окружающей среде, например в пищевых продуктах, такого рода катаболизм ППМ также ведет к превращению безвредных соединений в токсичные. Особое значение приобретает деградация аминокислот за счет соответствующих ферментов типа декарбоксилаз, деаминаз, ги-дролаз, ведущая к образованию токсаминоз. Эти ферментные системы определены как «факторы патогенности» (Ю. В. Галаев), и их количественное и качественное содержание определяет наряду с другими факторами «потенциал
патогенностн» данного микробного вида на данном этапе его эволюции. Из всех факторов патогенностн именно ферментные системы в основном характеризуют ППМ, определяют уровень их патогенного потенциала. Другой формой возникновения ППМ является формирование потенциала патогенности, минуя этап комменсализма. Вернее, этот этап ППМ проходит в другом растительном или животном организме—эдвардсиелл в организме рептилий, аэромонад— рыб, эрвиний — растений. Организму человека присутствие таких ППМ, как постоянные обитатели полостей организма, не свойственно, и обнаружение их в больших количествах в экскретах указывает на их этиологическую роль. Эшерихнн, энтрококкн, клебсиеллы обнаруживаются с большим постоянством в кишечнике и верхних дыхательных путях здоровых людей, и доказательство их этиологического значения требует больших усилий — повторных исследований, определения динамики иммунных сдвигов (нарастание титра реакции агглютинации) и т. п. В отличие от многих «завершенных» патогенов, для ППМ характерно многообразие клинических проявлений. Так, при поражениях пищеварительного тракта процесс может протекать с различной степенью интенсивности— от легко протекающих диарей до тяжелых дезинтериеподобных форм или ограничиваться характерными именно для ППМ этиологическими и патогенетическими особенностями пищевых токсикоинфекций. Частота тех или иных проявлений (преобладание острых кишечных заболеваний или токсикоинфекций) различна у разных ППМ и определяется уровнем их патогенного потенциала (Г. П. Калина и Н. С. Харитонов). Токсико-инфскционный патогенетический комплекс отражает начальный этап становления потенциала патогенностн, синдром острой кишечной инфекции — уже высокий уровень этого потенциала, приближающий возбудителя к состоянию завершенного патогенного агента.
Для токснко-иифекциоиного комплекса, обязанного ППМ, характерно участие энтеротокси-на, для острого кишечного заболевания и особенно для парентеральных процессов имеет значение состояние макроорганизма; при аэромона-дозах, эдвардснеллсзах, даже при шигеллезах заболевают преимущественно дети, пожилые, больные хроническими заболеваниями (Г. П. Калина, 1974, 1980). Могут иметь значение также изменение режима питания, переход на другие комплексы продуктов, дисбактсрноз при неумеренном употреблении антибиотиков.
Особенностью большинства ППМ является высокая частота их обнаружения в окружающей среде, что отражает сохранившиеся у них черты сапрофитизма, а также своеобразие «экологических ниш» («экониш»).
Понятие «эволюционно-экологичсский комплекс» можно расшифровать как неразрывную связь эволюционного процесса со всей совокупностью экологических факторов, из которых основным является положение организма в условиях окружающей среды, к которой этот организм приспособился. Применительно к микроорганизмам термин «экологическая ниша» («эко-ниша») ввел Müller в 1976 г. и развил в том же году совместно с Roggendorf. Определение экониш, раскрывая общебиологические закономерности, отводит микробам определенное естественное и основное место пребывания в окружающей среде. Обычно в руководствах и определителях бактерий, а также в практической работе гигиенистов и санитарных бактериологов обращается внимание на объекты — воду, пищевые продукты, воздух, экскреты человека и животных, в которых обнаружены или могут быть обнаружены те или иные микроорганизмы. Это имеет определенное оперативное значение, но это только среда пребывания, выполняющая траизи-торные функции. Для определения происхождения микроба, того резервуара, из которого среда пребывания черпает его, следует искать «живой» источник — эконишу. Определить экоиишу патогенных микробов, как правило, не составляет труда — это больной организм или носитель, а в ряде нозологических единиц животные: грызуны при чуме и туляремии, волки при бешенстве, мышевидные грызуны при лептоспирозе. Исходя из положения, что некоторые животные экониши обитают в определенных, иногда ограниченных ареалах, Е. Н. Павловский создал получившую всеобщее признание теорию природной очаговости заразных болезней, которая, как это подтверждается па примере эдвардсиелл, может быть распространена и на ППМ.
Для многих ППМ, да и для некоторых патогенов, экониши не выявлены или лишь предполагаются. Они четко установлены для сальмонелл (кроме тифопаратнфозных) и эдвардсиелл— рептилии и амфибии (Г. П. Калина и соавг.; Roggendorf и Müller), для аэромонад — рыбы (Hanson и соавт.; Unklest), для протеев — членистоногие (Müller), а для ферментирующих лактозу бактерий группы кишечных палочек— млекопитающие. Для основного представителя последней группы — Е. coli, по В. М. Жданову (1964), это преимущественно человек. Неясным остается положение Citrobacter и Enterobacter, ферментирующих лактозу, но не являющихся постоянными симбионтами человека и теплокровных животных. Возможно, что у них после утраты связи с первичной эконишей возникла, как у клебсиелл, вторичная экониша — растительные организмы. Вообще в ходе эволюции возникновение вторичных экониш — явление распространенное: для вируса бешенства вторичной эко-нншей являются собаки, для сальмонелл — крупный и мелкий рогатый скот, свиньи, птицы, для
тифопаратифозных — человек. В последнем случае, как и для упомянутых выше Citrobacter и Enterobacter, утрачивается связь с эконишами первичными (холоднокровные) или вторичными (млекопитающие).
Неясен еще вопрос об эконишах энтерококков (стрептококков группы D). Близость к молочнокислым стрептококкам (S. Iactis) и способность ферментировать лактозу заставляют считать их, как и кишечные палочки, более поздним продуктом эволюции, связанным с появлением млекопитающих. Обнаружение протеолнтического варианта с большим постоянством на растениях доказывает, что и эти объекты могут являться эконишей для данного варианта. Сохранившаяся у него способность ферментировать лактозу позволяет считать растения вторичной эконишей.
Если растения можно считать первичными эконишами для большинства представителей семейства Pseudomonadaceae (эпифиты и фитопарази-ты), а организмы лошадей и ослов — для P. mallei, то для P. aeruginosa и для P. fluorescens проблема экониши еще не решена.
Теоретическое значение определения эконнш заключается в выяснении на основании палеонтологических параллелей древности происхождения того или другого микроба (Г. П. Калина и со-авт.; Müller; Roggendorf и Müller). Практически находки экониш позволяют установить связь с определенным животным или растительным организмом, а отсюда следует большая или меньшая вероятность нахождения его в среде пребывания— воде, пищевых продуктах, почве. Чем на более высокой ступени эволюционного развития находится животный организм, являющийся эконишей для ППМ, тем вероятнее ожидать у последнего более высокого потенциала патогенности. Поэтому среди природной микрофлоры теплокровных животных и особенно человека следует прежде всего искать возможные, но еще не распознанные ППМ при заболеваниях с неустановленным возбудителем.
При рассмотрении микробиосферы с позиций эволюции паразитизма отчетливо выявляется последовательность развития у сапрофитов той или иной степени паразитарных свойств. Раньше нами (Г. П. Калина и Н. С. Харитонов) была дана схема эволюционной цепи от абсолютных сапрофитов до завершенных патогенов с наличием в середине этой цепи звеньев с различными уровнями потенциала патогенности. Особый интерес привлекают микробные группы, находящиеся на современном этапе эволюции на стыке, с одной стороны, с сапрофитарными видами, с другой — с безусловными патогенами. В первом случае такие ППМ могут проявлять себя н как сапрофиты, иногда даже полезные для человека, во втором случае — как ППМ с высоким потенциалом патогенности, но иногда приобретающие все признаки несомненно патоген-
ного микроба. В качестве примеров первой группы были приведены энтерококки, аэромонады, В. cereus, второй группы — сальмонеллы и ши-геллы.
Тщательное изучение таких последовательностей позволяет выявить аналогичную последовательность не только в обобщенном понятии, но и в пределах отдельных таксономических групп (семейств, родов). Так, семейство Pseudomonadaceae включает роды и виды, находящиеся на ранних ступенях эволюции, от несомненного сапрофита (P. fluorcscens) через фитопаразитов с различной степенью патогенности для разных растений до ППМ — Р. aeruginosa и P. pseudomallei. Аналогичный ряд составляют аэромонады. Хотя общая экониша для всех видов этого рода — рыбы, но A. salmonicida для рыб — законченный паразит, а для человека — сапрофит, A. hydrop-hila потенциально патогененен для рыб и сравнительно редко для человека, a A. anaerogenes — ПГ1М для человека. Последовательный ряд разных уровней потенциала патогенности находим у группы Proteus-Providencia — от выраженного протеолита Pr. vulgaris с его сравнительно невысоким уровнем потенциала патогенности через P. mirabilis и Providencia, уже четко определяемых как ППМ, и до P. Morganii с выраженными признаками выраженного патогена, который сохраняет, однако, еще некоторые черты сапрофи-тизма. Более сложны последовательности в других группах энтеробактерий. У сальмонелл отмечаются тенденция приспособления к определенным видам животных с высоким потенциалом патогенности для одних видов и иногда отсутствие патогенности для других. У шигелл ряд начинается S. sonnei, у которой еще сохраняются черты ППМ, до выраженного патогена — S. dy-senteriae. Е. coli включает две категории: обладающую невысоким потенциалом патогепностн и, как правило, являющуюся возбудителем парентеральных поражений и токсикоинфекцин, и эн-теропатогениых сероваров с высоким уровнем потенциала патогенности и с преимущественной локализацией патологических процессов в месте обитания — кишечнике. Неясен вопрос с клебси-еллами, которые при достаточно высоком уровне патогенного потенциала могут быть и эпифитами. Здесь, вероятно, уместно деление на фекальные и нефекальные варианты (Г. П. Калина, 1979). Высоким уровнем потенциала патогенности обладают К. rhinoscleromatis и К- ozaenae, достигающие значения законченных патогенов. Особняком стоит положение рода Enterobacter, являющего редкий пример регресса: в первой половине XX столетия, как свидетельствует многочисленная литература тех лет (Legier), Enterobacter (Aerobacter) aerogenes был частым возбудителем парентеральных заболеваний — менингита, сепсиса, уретрита. В последующие годы он уже не фигурирует даже в качестве редко обнаруживаемого ППМ, хотя близкий вид Е. cloacae
встречается в моче, гное и других патологических материалах у животных (ЗакагаМ).
У стрептококков группы О (энтерококков) ряд начинается с протеолитического эпифитного варианта, способного вызвать только токсикоин-фекцию, через основные непротеолитические и негемолитические виды Б. ГаесаПэ и Б. !аесшт, обнаруживаемые как ППМ при поражениях мо-чсвыделительной системы, раневых инфекциях и других умеренно протекающих процессах, до гемолитических вариантов, обусловливающих тяжелые, иногда летальные заболевания (сепсисы, эндокардиты). Схема эта, однако, весьма условна, и уровень потенциала патогенностн перечисленных видов может колебаться в весьма широких пределах.
Все изложенные факты и соображения подтверждают ранее приведенное мнение, что ППМ не просто сапрофиты, случайно под влиянием создавшихся условий приобретающие временную патогенность, а стабилизированные на данном этапе эволюции звенья эволюционной цепи с присущим каждому из них уровнем потенциала патогенностн. Особенностью ППМ является высокая динамичность процессов катаболизма, определяющая амплитуды колебаний потенциала патогенностн. Это четко выявляется при изучении отдельных групп (семейств, родов), включающих представителей разных этапов эволюции паразитизма, от сапрофитов через ППМ для растительных и (или) животных организмов и человека до законченных патогенов.
Не исключены появление и в наше время новых ППМ или повышение уровня потенциала патогенностн уже существующих ППМ до степени, доступной для констатации новой нозологической единицы, а также регрессии их до уровня, приближающего ППМ к сапрофитам. К приведенным в начале обзора примерам таких новых ППМ можно прибавить недавно выявленную болезнь легионеров, хотя, как и для других новых ППМ и даже патогенов, возможна и иная трактовка— появление новой нозологической единицы в виде вспышки или эпидемии за счет измененных условий существования коллектива (химизм окружающей среды, нарушения пищевого режима и т.п.) и резкого повышения потенциала патогенностн у ранее «умеренных» ППМ либо благодаря разработке новых, более современных и надежных методов бактериологической диагностики. Именно в этом и заключается значение изучения ППМ, рост которых особенно ощутим в последнее время.
В практической работе гигиенистов и санитарных бактериологов трактовка ППМ с эволюци-онно-экологических позиций дает возможность точнее установить их место в биогенезе объекта окружающей среды, выявить экониши, из которых они поступают в эти объекты, поможет определить уровень потенциала их патогеиности, а следовательно, предсказать формы клинических проявлений. Все это в совокупности позволит более успешно проводить профилактические и противоэпидемические мероприятия.
Литература. Галаев Ю. В. Патогенные ферменты бактерий. М„ 1968. Громашевский JI. В. Механизмы передачи инфекции. Киев, 1958.
Елкин И. И. Очерки теории эпидемиологии. М„ I960. Жданов В. М. Заразные болезни человека. Систематика и
эволюция. М„ 1953. Жданов В. М. Эволюция заразных болезней человека. М., 1964.
Калина Г. П. — Ж. микробиол., 1974, № 10, с. 105. Калина Г. П. — Гиг. и сан., 1979, № 12, с. 52. Калина Г. П. — Ж. микробиол., 1980, № 5, с. 25. Калина Г. П., Мойсеснко Н. Н., Кабанова Т. П.—Там же,
1981, № 7, с. 93. Калина Г. П., Харитонов Н. С.— Там же, 1982, № 11, с. 82.
Павловский Е. Н. — Ж. общ. биол., 1946, № 1, с. I. Bonde С.— Sei. total Environm., 1981, v. 18, p. I. Baird-Parker A. — In: Bergey's Manual of Determinative
Bacteriology. Baltimore, 1974, p. 483. Brown C.. Seidler R. — Appl. Microbiol., 1973, v. 25, p. 900.
Burnet F. Natural History of Infectious Diseases. Cambridge, 1953.
Deibel /?. — Bact. Rev., 1964, v. 3, p. 330. Doudoroff M, Palleroni N. — In: Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. Baltimore, 1974, p. 217. Hanson F. et al. — J.A.M.'A., 1977, v. 238, p. 1053 Legier F. — Arch. Hyg., 1956, Bd 140, S. 140. NacNicole L. et al. — Antimicrob. Agents Chemother., 1980, v. 17, p. 477.
Müller H. — Naturwissenschaften, 1976, Bd 63, S. 224. Roggendorj M.. Müller H. — Zbl. Bakt., I Abt., Orig. A,
1976, Bd 236, S. 542. Sakamaki R. — In: Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. Baltimore. 1974, p. 342. Unklest S — Appl. Microbiol., 1977, v. 34, p. 347.
Поступила 27.08.82
Summary. Potentially pathogenic microorganisms (PPM) are approached from the viewpoint of evolutional theory and ecological regularities. The importance of ecological niches (econiches) as the principal sites of steady persistence of various types of PPM for determining the probable seeding levels in the adjacent environmental objects is demonstrated. Different taxonomic groups are presented as illustrations of the evolutional chains—from saprophytes to actual pathogens. through a number of intermediary chains — PPM with different levels of potential pathogenesis.
